本實(shí)用新型涉及軸系扭轉(zhuǎn)振動領(lǐng)域，特別涉及饋能式軸系扭振測試系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸系的扭轉(zhuǎn)振動（以下簡稱扭振）是一個(gè)普遍存在且危害嚴(yán)重的問題，是一種特殊的振動形式，本質(zhì)上是由于軸系并非絕對剛體，存在一定程度上的彈性，因而在以平均速度的旋轉(zhuǎn)過程中，各個(gè)彈性部件間會因?yàn)楦鞣N原因而產(chǎn)生不同大小、不同相位的瞬時(shí)速度的起伏，形成沿旋轉(zhuǎn)方向的來回扭動。形象的可以這樣認(rèn)為，旋轉(zhuǎn)機(jī)械彈性部件之間由于慣性的作用產(chǎn)生了變化趨勢相反的反方向的反作用力，從而像扭麻花一樣，對彈性部件形成了類似的作用力。顯然這種扭振將引起材料內(nèi)部的切向交變扭應(yīng)力。若扭幅過大，剪切應(yīng)力超過彈性限度，材料就會產(chǎn)生疲勞積累。當(dāng)疲勞積累到壽命時(shí)材料就會開始出現(xiàn)裂紋，裂紋逐漸發(fā)展，終將導(dǎo)致材料斷裂的惡性事故。這對一些重要的設(shè)備，如大型汽輪發(fā)電機(jī)、大型船舶、機(jī)車、大型軋鋼設(shè)備等等所產(chǎn)生的后果和損失都是不堪設(shè)想、無法估計(jì)的。

軸系扭振的主要特點(diǎn)：

（1）普遍性：凡是較大型、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的旋轉(zhuǎn)機(jī)械的軸系都或多或少，或強(qiáng)或弱或持續(xù)或短暫地發(fā)生扭振。它可能由于機(jī)械也可能由于電氣方面的原因引起；可能來源于動力，也可能來源于負(fù)載方面的任何不穩(wěn)定過程；可能是由于交變的激勵力矩引起的強(qiáng)迫振蕩，也可能是由于階躍或者脈沖激勵引起的自由振蕩。它不像一般彎曲振動，只要從機(jī)械方面著手，找到了其不平衡、不對稱等毛病，振動就消除了。

（2）潛伏性：軸系的扭振大多是各種干擾引起的短暫過程（當(dāng)然也有持續(xù)作用的干擾引起的持續(xù)性強(qiáng)迫振蕩，如汽輪發(fā)電機(jī)的次同步振蕩，由于三相負(fù)荷不平衡形成的負(fù)序電流引起的二倍電網(wǎng)頻率的扭振等），沒有專門的扭振監(jiān)測儀一般是無法發(fā)現(xiàn)的。造成“暗傷”也難以覺察出來。此外，扭振往往會引起其他形式的振動，這就更會掩蓋它的存在，而引起誤判。

（3）事故的突發(fā)性：只要扭振造成的疲勞積累一次一次的增強(qiáng)，形成裂紋、切口，并逐漸擴(kuò)散，總有一天將造成軸系的斷裂和崩潰。而于此之前可能毫無癥候，或不易被人察覺出來。

（4）事故的嚴(yán)重性：事故爆發(fā)后，其后果往往都是毀滅性的惡性事故，損失極為慘重。

由此可見，由于扭振危害的潛伏性，還會和其他故障混淆在一起，盡管它相當(dāng)普遍的存在，但仍被許多人忽視、不察覺、不理解、不承認(rèn)。即使已經(jīng)造成了破壞，也很難弄清在長期的運(yùn)行過程中究竟是否產(chǎn)生了扭振，以及如何積累起來的，這也是扭振的各項(xiàng)研究成果難于被理解和推廣的重要原因。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種饋能式軸系扭振測試系統(tǒng)，具有能夠在各種環(huán)境下實(shí)現(xiàn)對各種聯(lián)動機(jī)構(gòu)在各類激振因素下的扭振信號測試的效果。

本實(shí)用新型的上述目的是通過以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)的：

饋能式軸系扭振測試系統(tǒng)，包括變頻器、受控于變頻器工作的變頻調(diào)速電機(jī)、與變頻調(diào)速電機(jī)聯(lián)動的雙饋電機(jī)、將雙饋電機(jī)并入電網(wǎng)的轉(zhuǎn)子側(cè)變流器和網(wǎng)側(cè)變流器、扭振信號采集組件以及連接扭振信號采集組件的扭振監(jiān)控測試系統(tǒng)，其中，變頻調(diào)速電機(jī)與雙饋電機(jī)之間連接有若干待測聯(lián)動機(jī)構(gòu)，所述扭振信號采集組件用于檢測待測聯(lián)動機(jī)構(gòu)的扭振信息，所述扭振監(jiān)控測試系統(tǒng)用于接收并顯示扭振信息。

通過采用上述技術(shù)方案，通過變頻器加變頻調(diào)速電機(jī)的方式來實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速，從而控制待測聯(lián)動機(jī)構(gòu)在各種轉(zhuǎn)速下的扭振情況，雙饋電機(jī)的設(shè)置將系統(tǒng)與電網(wǎng)連接，能夠使得系統(tǒng)的研究進(jìn)一步拓展到扭振與電網(wǎng)之間的相關(guān)影響，扭振采集組件用于對待檢測聯(lián)動機(jī)構(gòu)的扭振信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集并將采集到的扭振信息傳送給扭振監(jiān)控測試系統(tǒng)。

進(jìn)一步的，所述饋能式軸系扭振測試系統(tǒng)還包括槽鋼底座，所述變頻調(diào)速電機(jī)與雙饋電機(jī)固定設(shè)置在所述槽鋼底座上。

通過采用上述技術(shù)方案，槽鋼底座的設(shè)置起到支撐變頻調(diào)速電機(jī)與雙饋電機(jī)的作用。

進(jìn)一步的，所述槽鋼底座的下方設(shè)置有橡膠減震墊。

通過采用上述技術(shù)方案，通過橡膠減振墊可以進(jìn)一步減小系統(tǒng)的振動，并且可以靈活調(diào)整系統(tǒng)與地基平面的結(jié)合處理，通過對橡膠減振墊高度調(diào)整，也可以模擬地基不平的情況下，對扭振的影響。

進(jìn)一步的，所述待測聯(lián)動機(jī)構(gòu)包括聯(lián)動機(jī)構(gòu)、變速傳動機(jī)構(gòu)以及傳動軸。

通過采用上述技術(shù)方案，可對聯(lián)動機(jī)構(gòu)、變速傳動機(jī)構(gòu)以及傳動軸的扭振進(jìn)行檢測。

進(jìn)一步的，所述聯(lián)動機(jī)構(gòu)包括聯(lián)軸器。

進(jìn)一步的，所述變速傳動機(jī)構(gòu)包括齒輪箱。

進(jìn)一步的，所述扭振信號采集組件包括脈沖測速類編碼器和模擬式扭振類傳感器。

進(jìn)一步的，所述脈沖測速類編碼器包括齒輪傳感器、光電編碼器、激光傳感器以及霍爾傳感器中的至少一個(gè)。

通過采用上述技術(shù)方案，通過齒輪傳感器、光電編碼器、激光傳感器以及霍爾傳感器可實(shí)現(xiàn)對各種參數(shù)進(jìn)行測量。

進(jìn)一步的，模擬式扭振類傳感器包括扭矩傳感器、扭應(yīng)力應(yīng)變片傳感器以及旋轉(zhuǎn)變壓器中的至少一個(gè)。

進(jìn)一步的，扭振信號采集組件與扭振監(jiān)控測試系統(tǒng)通過RS232總線、USB總線以及以太網(wǎng)總線至少一種連接。

通過采用上述技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)多元化數(shù)據(jù)的傳輸。

綜上所述，本實(shí)用新型具有以下有益效果：

1、饋能式激振

通過雙饋電機(jī)、轉(zhuǎn)子側(cè)變流器、網(wǎng)側(cè)變流器，可以靈活調(diào)整測試系統(tǒng)負(fù)載，通過轉(zhuǎn)子側(cè)變流器與網(wǎng)側(cè)變流器的控制，可以模擬各種扭振激勵。尤其適合雙饋風(fēng)電系統(tǒng)中扭振激勵的研究，也適合研究機(jī)電諧振對電網(wǎng)影響的研究。

2、變頻調(diào)速激振

通過變頻器與變頻調(diào)速電機(jī)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各種轉(zhuǎn)速情景模擬，通過對變頻器控制能實(shí)現(xiàn)傳動、調(diào)速、激振的控制，激振方式簡單、成本低、噪聲低、不磨損、易控制、消耗小

3、對稱式結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)中變頻調(diào)速電機(jī)與雙饋電機(jī)，都可以采用雙端軸升繞線式異步感應(yīng)電機(jī)，這樣實(shí)際結(jié)構(gòu)就是完全對稱的，驅(qū)動端與負(fù)載端可以互換，變頻器可采用四像限變頻器，結(jié)構(gòu)與當(dāng)前系統(tǒng)中轉(zhuǎn)子側(cè)變流器與定子側(cè)變流器也是對稱的，這種對稱式結(jié)構(gòu)加強(qiáng)了系統(tǒng)可擴(kuò)展性。

4、可組拆式結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)較全面的考慮了當(dāng)前主要傳動、連軸、支撐方式，各個(gè)支點(diǎn)可以進(jìn)行替換定制，從而完成各個(gè)支點(diǎn)的扭振測試。例如可以通過齒輪箱變速傳動機(jī)構(gòu)，可以進(jìn)行齒輪箱扭振諧振點(diǎn)測試，若將齒輪箱傳動機(jī)構(gòu)替換為皮帶輪或者替換為液泵傳動裝置，即可完成替換裝置的扭振測試與研究，通過聯(lián)軸機(jī)構(gòu)可以進(jìn)行聯(lián)軸器扭振測試，通過軸承機(jī)構(gòu)可以進(jìn)行軸承機(jī)構(gòu)扭振測試。

5、集中監(jiān)控

通過集中監(jiān)控可實(shí)現(xiàn)通過變頻器、變頻調(diào)速電機(jī)端的可調(diào)阻尼、雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子變流器與網(wǎng)側(cè)變流器以及可擴(kuò)展部分的阻尼調(diào)整的組合控制，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)扭振、扭角、機(jī)械阻尼的精確控制。

附圖說明

圖1是饋能式軸系扭振測試系統(tǒng)組成圖。

圖中，1、底座；2、橡膠減振墊；3、變頻調(diào)速電機(jī)；4、雙饋電機(jī)；5、變頻器；6、扭振信號采集器；7、轉(zhuǎn)子側(cè)變流器；8、網(wǎng)側(cè)變流器；9、扭振監(jiān)控測試系統(tǒng)；10、切換開關(guān)；11、可調(diào)電阻；12、電流源；13、聯(lián)軸器；14、軸承；15、齒輪箱；16、傳感器；17、傳動軸。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

參照圖1所示，饋能式軸系扭振測試系統(tǒng)包括底座1、變頻器5、設(shè)置在底座1上并受控于變頻器5工作的變頻調(diào)速電機(jī)3、設(shè)置在底座1上與變頻調(diào)速電機(jī)3聯(lián)動的雙饋電機(jī)4、設(shè)置在變頻調(diào)速電機(jī)3與雙饋電機(jī)4之間的若干待測聯(lián)動機(jī)構(gòu)、用于檢測若干待測聯(lián)動機(jī)構(gòu)的扭振信號采集組件、將雙饋電機(jī)4并入電網(wǎng)的轉(zhuǎn)子側(cè)變流器7和網(wǎng)側(cè)變流器8以及扭振監(jiān)控測試系統(tǒng)9，其中，

底座1的下方設(shè)置有橡膠減振墊2，通過橡膠減振墊2可以進(jìn)一步減小系統(tǒng)的振動，并且可以靈活調(diào)整系統(tǒng)與地基平面的結(jié)合處理，通過對橡膠減振墊2高度調(diào)整，也可以模擬地基不平的情況下，對扭振的影響。

槽鋼底座1，是系統(tǒng)的安裝底座1，根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際設(shè)計(jì)，需要預(yù)留安裝孔與安裝位置，方便固定變頻調(diào)速電機(jī)3和雙饋電機(jī)4。

變頻調(diào)速電機(jī)3，可采用雙端軸伸繞線式感應(yīng)電機(jī)，這樣就可以形成對稱結(jié)構(gòu)，方便系統(tǒng)擴(kuò)展，主要功能是通過與所接的變頻器5進(jìn)行系統(tǒng)的無極變速驅(qū)動，變頻調(diào)速電機(jī)3的電機(jī)端還可以加質(zhì)量盤，或者壓簧、或者液壓等機(jī)構(gòu)，從而調(diào)整系統(tǒng)的機(jī)械阻尼。

變頻器5，用來實(shí)現(xiàn)機(jī)組的變頻調(diào)速，若采用四象限變頻器5，則實(shí)現(xiàn)控制部分的對稱結(jié)構(gòu)。

轉(zhuǎn)子側(cè)變流器7和定子側(cè)變流器，用于雙饋電機(jī)的勵磁控制，并且轉(zhuǎn)子側(cè)變流器7和定子側(cè)變流器配合工作，實(shí)現(xiàn)能量雙向流動。當(dāng)電機(jī)次同步運(yùn)行時(shí)，電網(wǎng)向轉(zhuǎn)子輸入能量，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器7運(yùn)行在逆變狀態(tài)，網(wǎng)側(cè)變流器8運(yùn)行在整流狀態(tài)；當(dāng)電機(jī)超同步運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子向電網(wǎng)輸出能量，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器7作整流運(yùn)行，網(wǎng)側(cè)變流器8作逆變運(yùn)行，將能量回饋到電網(wǎng)；當(dāng)電機(jī)同步運(yùn)行時(shí)，電網(wǎng)向轉(zhuǎn)子饋入直流勵磁電流，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器7作斬波運(yùn)行。此外，網(wǎng)側(cè)變流器8還需控制母線電壓恒定、調(diào)節(jié)網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)，使整個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的無功調(diào)節(jié)更加靈活。（當(dāng)發(fā)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速低于定子磁場的同步旋轉(zhuǎn)速度n時(shí)，發(fā)電機(jī)處于次同步速度運(yùn)行；當(dāng)發(fā)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速等于定子磁場的同步旋轉(zhuǎn)速度n時(shí)，發(fā)電機(jī)處于同步速度運(yùn)行；當(dāng)發(fā)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速高于定子磁場的同步旋轉(zhuǎn)速度n時(shí)，發(fā)電機(jī)處于超同步速度運(yùn)行。）

待測聯(lián)動機(jī)構(gòu)包括聯(lián)軸器13、齒輪箱15、軸承14以及傳動軸17，其中，聯(lián)軸器13可替換為聯(lián)接部件，齒輪箱15可以替換為待測的變速傳動機(jī)構(gòu)，傳動軸17可以替換為待測傳動軸17，系統(tǒng)自己架構(gòu)時(shí)，一般需要細(xì)長傳動軸17，以便更易調(diào)整扭振激振。

信號采集組件包括若干種傳感器16和扭振信號采集器6，扭振信號采集器6用于采集系統(tǒng)中的各個(gè)帶測聯(lián)動機(jī)構(gòu)的扭振信號可接收的傳感器16有齒輪傳感器16、光電編碼器、激光傳感器16、霍爾傳感器16等主要脈沖測速類的編碼器，也可以接收扭矩傳感器16、扭應(yīng)力應(yīng)變片傳感器16、旋轉(zhuǎn)變壓器等模擬信號，將扭振現(xiàn)場信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號轉(zhuǎn)發(fā)給集中監(jiān)控系統(tǒng)，跟集中監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)接方式可以支持RS232總線、USB總線、以太網(wǎng)總線。

扭振監(jiān)控測試系統(tǒng)9與扭振信號采集器6連接，獲得扭振、轉(zhuǎn)速、扭矩等信號。與變頻器5連接，對變頻器5進(jìn)行控制，可以模擬復(fù)雜變速激振情況。與轉(zhuǎn)子側(cè)變流器7、網(wǎng)側(cè)變流器8連接，可以模擬復(fù)雜負(fù)載變化激振情況，以及扭振與電網(wǎng)之間的相關(guān)影響。該扭振監(jiān)控測試系統(tǒng)9還連接設(shè)置在雙饋電機(jī)4和扭矩監(jiān)控測試系統(tǒng)之間的切換開關(guān)10、可調(diào)電阻11、電流源12連接，可以模擬負(fù)載變化激振情況，使得系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合適裁剪。

本具體實(shí)施例僅僅是對本實(shí)用新型的解釋，其并不是對本實(shí)用新型的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀完本說明書后可以根據(jù)需要對本實(shí)施例做出沒有創(chuàng)造性貢獻(xiàn)的修改，但只要在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍內(nèi)都受到專利法的保護(hù)。